DE3414738C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetrollenvorrichtung zur Ent­ wicklung latenter elektrostatischer Bilder der im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Eine solche Vor­ richtung ist aus der DE-OS 31 40 478 bekannt.

In elektrofotographischen Kopiergeräten ist allgemein eine Entwicklungseinheit vorgesehen, in der zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes ein Toner auf eine Trommel mit einer lichtempfindlichen Oberfläche aus z. B. Selen oder Zinkoxid oder einer dielektrischen Oberfläche übertragen wird. Die Entwicklungseinheit weist dazu ein magnetisches Element auf, das von einer rotierenden Hülse umgeben ist. Der Toner wird von dieser Anordnung angezogen und bleibt an der Hülse haften. Durch die Rotation der Hülse wird der Toner von einem Tonerbehälter unter einem Abstreifelement hindurch als magnetische Bürste zu der Trommel mit dem latenten Bild befördert.

Um von dem Magneten angezogen zu werden, ist der Toner ent­ weder selbst magnetisch oder mit einem ferromagnetischen Trägermaterial vermischt. Im letzteren Fall wird als ferro­ magnetisches Trägermaterial im allgemeinen ein Pulver aus beschichtetem oder nicht beschichtetem Eisen, Nickel oder Ferrit mit einer Teilchengröße von etwa 50 µm bis 200 µm und als Toner eine Dispersion eines Farbstoffpulvers in einem Harzpulver mit einer Teilchengröße von etwa 5 µm bis 30 µm verwendet. Ein magnetischer Toner besteht andererseits im wesentlichen aus Harzteilchen, die magnetisches Pulver mit einer Teilchengröße von 5 µm bis 50 µm enthalten.

Bei der aus der eingangs genannten Druckschrift bekannten Vorrichtung ist die gesamte Oberfläche der Hülse durch Sandstrahlen oder Naßschleifen aufgerauht, um zu bewirken, daß der Toner gleichmäßiger durch den Spalt zwischen der Hülsenoberfläche und dem Abstreifelement hindurchtritt und damit eine gleichmäßigere Dicke in Umfangsrichtung der Hülse ohne Bildung von "Wellen" erhält.

Diese bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß in den Endbereichen der Magnetrolle durch das dort stärkere Magnetfeld die magnetische Bürste auf der Hülse höher ist als in der Mitte, mit der Folge einer Ungleichmäßigkeit in der Dicke der Tonerschicht in axialer Richtung. Es ist des­ halb üblich, die Magnetrolle länger zu machen als es der Breite des latenten Bildes entspricht, um Probleme mit der axialen Ungleichmäßigkeit der magnetischen Bürste zu ver­ meiden.

Aus der DE-OS 30 18 906 ist es zwar bekannt, an den Enden der (nicht aufgerauhten) Hülse sogenannte Filzelemente anzu­ bringen, die den sich dort ansammelnden Toner wieder zur Mitte der Magnetrolle hin befördern sollen. Diese Filzele­ mente dienen jedoch nicht dazu, die Tonerdicke vor der Ent­ wicklung des latenten Bildes zu vergleichmäßigen, sondern lediglich dazu, nicht verbrauchten Toner wieder in den Tonerbehälter zurückzuführen. Zur Vermeidung der genannten Probleme mit der axialen Ungleichmäßigkeit der magnetischen Bürste ist auch bei dieser bekannten Vorrichtung die Magnet­ rolle länger als das zu übertragende Bild breit ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Magnetrollenvorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß über die gesamte axiale Länge der Hülse eine gleichmäßige magnetische Bürste erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmal gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Magnet­ rollenvorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Magnetrollenvorrichtung weist somit eine zylindrische Hülse aus einem nichtmagnetischen Material sowie ein Permanentmagnetelement auf, das in der Hülse untergebracht ist. Das Permanentmagnetelement hat mehrere Magnetpole, und die Hülse ist relativ zu dem Permanentma­ gnetelement drehbar und mit einem aufgerauhten Oberflächen­ bereich versehen, dessen Länge geringer als die der magne­ tischen Pole der Magnetrolle ist. Dadurch bildet sich die magnetische Bürste auf der Hülse in einheitlicher Höhe aus.

Die magnetische Feldstärke steigt an den beiden Enden eines Magneten proportional zum Umfangsabstand zwischen den Nord- und Südpolen oder zum Zwischenraum zwischen den magnetischen Polen an. Die Länge des nicht aufgerauhten Bereiches der Hülsenoberfläche an den Magnetenden kann damit mittels des Abstandes der magnetischen Pole bestimmt werden.

Insbesondere kann die Länge der nicht aufgerauhten Bereiche der Hülsenoberfläche unter Berücksichtigung der die Höhe der magnetischen Bürste beeinflussenden Faktoren bestimmt werden. Zu diesen Faktoren zählen der Außendurchmes­ ser und die magnetische Feldstärke des Permanentmagneten, die Anzahl der Magnetpole, die Oberflächenrauhigkeit der Hülse sowie der Typ des magnetischen Entwicklers.

Die Oberflächenrauhigkeit der Hülse liegt bei Verwendung eines magnetischen Toners vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 µm bis 3 µm (von Spitze zu Spitze). Da die Teilchengröße des magnetischen Toners im allgemeinen über 5 µm liegt, kann das Eindringen des magnetischen Toners in die feinen Öffnungen der Hülse und das Anhaften auf der Hülsenoberfläche weitge­ hend vermieden werden, wenn eine Oberflächenrauhigkeit der Hülse unter 5 µm gewählt wird. Angesichts der Tatsache, daß der Toner durch Reibung nicht hinreichend stabil auf der Hülsenoberfläche gehalten werden kann, wenn die Ober­ flächenrauhigkeit der Hülse 3 µm übersteigt, wird jedoch für die Oberflächenrauhigkeit der Hülse vorzugsweise ein Wert unter 3 µm gewählt. Ist andererseits die Oberflächenrauhig­ keit der Hülse übermäßig klein, wird die Fähigkeit der Hülse, den Toner zu transportieren, nicht wesentlich verbessert. In diesem Fall neigt die Hülse weiterhin aufgrund des Reibungs­ eingriffs mit dem Toner in verstärktem Maße zum Abrieb. Die untere Grenze der Oberflächenrauhigkeit wird deshalb vorzugs­ weise auf 0,5 µm festgesetzt.

Die erfindungsgemäße Magnetrollen-Vorrichtung kann in alle Ar­ ten von Entwicklungseinheiten für latente elektrostatische Bil­ der eingebaut werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeich­ nungen zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Magnetrollenvorrichtung;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles der in Fig. 1 gezeigten zylindrischen Hülse;

Fig. 3 eine Vorderansicht der die Magnetrolle umgebenden zylindrischen Hülse;

Fig. 4 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung des magnetischen Flusses an einem Ende des Permanent­ magnetelements;

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Verteilung der magnetischen Flußdichte über der Hülse;

Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Teils der auf der Hülse gebildeten magnetischen Bürste, wenn die Ge­ samtoberfläche der Hülse aufgerauht ist; und

Fig. 7 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Wert Δ L in Fig. 3 und der Zahl der magnetischen Pole des Permanentmagnet-Elements.

In Fig. 1 ist mit Bezugsziffer 1 ein Trichter dargestellt, der einen magnetischen Toner 2 enthält und unmittelbar über einer Magnetrollenvorrichtung 10 angeordnet ist. Am unteren Ende des Trichters 1 ist ein Abstreifelement 8 angebracht. Die Magnetrollenvorrichtung 10 weist ein auf einer Welle 6 montiertes Permanentmagnetelement 5 und eine auf einer ande­ ren (nicht gezeigten) Welle montierte zylindrische Hülse 4 auf.

Das Permanentmagnetelement 5 hat in der dargestellten Ausfüh­ rungsform vier N-Pole und vier S-Pole. In unmittelbarer Nähe der Oberfläche der zylindrischen Hülse 4 ist eine lichtempfind­ liche Trommel 3 angeordnet. In der Entwicklungseinheit mit der Magnetrollenvorrichtung 10 dieser Ausführungsform dreht sich die lichtempfindliche Trom­ mel 3 in einer mit dem Pfeil A angegebenen Richtung, und die zylindrische Hülse 4 in einer mit dem Pfeil B angegebenen Richtung, während die Welle 6 in Ruhe bleibt.

Der in dem Trichter 1 enthaltene magnetische Toner 2 wird durch die magnetische Kraft des Permanentmagnetelementes 5 auf die Hülse 4 gezogen und von der Oberfläche der Hülse 4 in Richtung des Pfeiles B transportiert, wobei seine Dicke durch das Abstreifelement 8 begrenzt wird. Der auf der Hülse 4 transportierte magnetische Toner 2 erreicht einen Entwick­ lungsbereich D in dem die Hülse 4 der lichtempfindlichen Trommel 3 gegenübersteht. In diesem Entwicklungsbereich D kommt die sich auf der Hülse 4 ausbildende magnetische Bürste mit der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 3 in Kontakt, um ein auf der Trommel 3 befindliches, latentes elektrostatisches Bild zu entwickeln. Der überschüssige magne­ tische Toner 2 verbleibt nach Durchlaufen des Entwicklungsbe­ reiches D auf der Hülse 4 und wird durch die Drehung der Hül­ se 4 zum Trichter 1 zurückgeführt.

In den Fig. 2 und 3 ist ein unregelmäßig aufgerauhter Bereich 9 gezeigt, der auf der Oberfläche der Hülse 4 durch eine Ober­ flächenbehandlung, wie z. B. Sandstrahlen oder Granulatstrah­ len, gebildet ist. Die Aufrauhung der Oberfläche der Hülse 4 verhindert während des Transports das Gleiten des magnetischen Toners 2, der in Form einer magnetischen Bürste auf der Hülsen­ oberfläche sitzt. Der magnetische Toner 2 kann damit zuverlässig in der Drehrichtung der Hülse 4 befördert werden.

Wie in Fig. 3 dargestellt, hat der auf der Hülsenoberfläche aus­ gebildete, aufgerauhte Bereich 9 die Länge Lr und ist damit um 2 Δ L kürzer als das Permanentmagnet-Element 5 mit einer Länge Lm. Der Grund dafür wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben.

Wie in Fig. 4 gezeigt, tritt der magnetische Fluß an jedem En­ de des Permanentmagnetelementes 5 bogenförmig aus dem N-Pol in Richtung der benachbarten S-Pole aus. Damit sind die an beiden Enden des Permanentmagnetelementes 5 austretenden Feldlinien des magnetischen Flusses gebogen, und die magnetische Fluß­ dichte ist an diesen beiden Enden des Permanentmagnet-Elemen­ tes 5 höher als in dem dazwischenliegenden Bereich, wie in Fig. 5 dargestellt. Wenn die Oberfläche der das Permanentmagnet­ element 5 umgebenden Hülse 4 über ihre gesamte Länge einheit­ lich ist, ist, wie in Fig. 6 gezeigt, die auf der Hülse 4 ge­ bildete magnetische Bürste 11 an den beiden Enden höher als in dem dazwischenliegenden Bereich. Da jedoch die Toner-Trans­ portierbarkeit in den (nicht aufgerauhten) Bereichen Δ L der Hülse 4 kleiner als in dem (aufgerauhten) Hülsenbereich Lr ist, wird das Auftreten einer höheren magnetischen Bürste an beiden Enden des Magneten aufgrund der Streuung des magneti­ schen Flusses eliminiert. Damit ist die Höhe der magnetischen Bürste 11 im wesentlichen über die gesamte Länge der Hülse 4 einheitlich.

Die Länge der nicht aufgerauhten Bereiche Δ L kann proportio­ nal zum Wert des Zwischenraums zwischen den magnetischen Polen gewählt werden. Die Beziehung zwischen Δ L und der Anzahl der magnetischen Pole ist in Fig. 7 dargestellt.

Die vorstehende Ausführungsform wurde unter Verwendung eines magnetischen Toners, d. h. eines Ein- Komponenten-Entwicklers erklärt. Wenn die Entwicklung des latenten elektrostatischen Bildes mit einem Zwei-Komponenten- Entwickler erfolgen soll, können auf der Oberfläche der Hülse 4 zusätzlich Rinnen oder Riefen vorgesehen werden, die beispielsweise durch Rändeln gebildet werden. Bei Aufrauhung der Hülsenoberfläche durch Sandstrahlen liegt die sich ergebende Oberflächenrauhigkeit dann vorzugsweise im Bereich zwischen 5 µm und 30 µm (von Spitze zu Spitze).

Im folgenden erfolgt die detaillierte Beschreibung des Aus­ führungsbeispiels unter Angabe der konkreten Abmessungen und Materialwerte.

Als Hülse 4 findet ein zylindrisches Element aus rost­ freiem Stahl mit einem Außendurchmesser von 32 mm Verwendung. Ein Bariumferrit-Magnet mit einem Außendurchmesser von 29 mm und mit acht symmetrischen magnetischen Polen, die auf der Hülse 4 eine magnetische Flußdichte von 55 × 10^-3 T liefern, wird als Permanentmagnet-Element 5 verwendet, um die Magnetrollenvorrichtung aufzubauen, die in die in Fig. 1 gezeigte Entwicklungseinheit eingebaut ist. Der Spalt zwischen dem Abstreifelement 8 und der Hülse 4 ist auf 0,3 mm, der Spalt zwischen der lichtempfindlichen Trommel 3 und der Hülse 4 ebenfalls auf 0,3 mm festgesetzt.

Während das Permanentmagnetelement 5 stationär gehalten wird, wird die Hülse 4 mit einer Geschwindigkeit von 200 U/min. ge­ dreht, um ein latentes elektrostatisches Bild zu entwickeln. Als lichtempfindliche Trommel 3 findet eine Selen-Trommel mit einem Außendurchmesser von 120 mm Verwendung, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 100 mm/sec. gedreht wird. Der zur Entwicklung verwendete magnetische Toner besteht aus einer Teilchenmischung von 60 Gewichtsteilen magnetischem Pul­ ver (EPT500 von Toda Kogyo Co., Ltd.) und 40 Ge­ wichtsteilen einer Harz-Zusammensetzung (eine 7 : 3-Gewichtsmi­ schung aus HIWAX200 von Mitsui Petrochemical Co., Ltd., und ACP400 von Allied Chemical Corporation), wobei die Teilchen mit 0,4 Gewichtsteilen Carbon Black be­ schichtet sind. Die durchschnittliche Teilchengröße des der­ art zubereiteten magnetischen Toners beträgt etwa 15 µm, sein spezifischer Widerstand bei einer Gleich-Feldstärke von 4000 V/cm beträgt 10¹⁴ Ω · cm.

Zur Herstellung von vier Hülsen 4 mit Oberflächenrauhigkeiten von 0,5 µm, 1,3 µm, 2 µm bzw. 3 µm wurde eine Sandstrahl-Be­ handlung mit Körnern unterschiedlichen Durchmessers durchge­ führt.

Wenn die Länge Lm des Permanentmagnet-Elementes 5 280 mm und die Länge Lr des aufgerauhten Bereiches der Hülse 4 ebenfalls 280 mm beträgt, ist die magnetische Bürste auf jeder Hülse 4 an beiden Enden 0,8 mm, im dazwischenliegenden Bereich dage­ gen 0,6 mm hoch.

Werden jedoch an beiden Enden der Hülse 4 nicht aufgerauhte Bereiche mit einer Länge Δ L von 8 mm vorgesehen, ist die Höhe der magnetischen Bürste in der axialen Richtung der Hülse 4 im wesentlichen einheitlich. Diese Ergebnisse ergaben sich für sämtliche Hülsen mit Oberflächenrauhigkeiten in einem Bereich zwischen 0,5 µm und 3 µm.

Claims (5)

1. Magnetrollenvorrichtung für eine Magnetbürstenvorrichtung zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder mit einem Permanentmagnetelement (5) und mit einer nicht­ magnetischen Hülse (4), die das Permanentmagnetelement über dessen ganze Länge umgibt und deren Oberfläche aufgerauht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4) in den über beiden Enden des Permanentmagnet­ elementes (5) liegenden Bereichen (Δ L) nicht aufgerauht ist.

2. Magnetrollen-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtmaß der Oberflächenrauhigkeit des aufgerauhten Oberflächenbereichs (9) zwischen 0,5 µm und 3 µm liegt.

3. Magnetrollen-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgerauhte Oberflächenbereich (9) ein regelloses Muster von Vertiefungen aufweist, das durch Sandstrahlen dieses Bereiches der Hülse (4) gebildet ist.

4. Magnetrollen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgerauhte Oberflächenbereich (9) eine Vielzahl von umlaufenden Riefen aufweist, die durch Rändeln dieses Berei­ ches der Hülse (4) gebildet sind.

5. Magnetrollen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4) aus einem rostfreien Stahl hergestellt ist, und daß das Permanentmagnet-Element (5) einen Bariumferrit- Magnet enthält.